4. Ý nghĩa khoa học
1.5 Cơ chế chuyển các gen vùng T-DNA vào tế bào thực vật
Khi các vi khuẩn A.rhizogenes nhiễm vào vết thƣơng của thực vật thì chúng sẽ chuyển gen của chúng vào các tế bào thực vật tại vị trí đó. Các gen đƣợc chuyển từ
A.rhizogenes vào trong bộ gen của tế bào thực vật đƣợc gọi tên là T-DNA (transfer
DNA). T-DNA sau khi chuyển vào thì sẽ đƣợc gắn ổn định vào bộ gen của thực vật. Tuy các gen mã hóa T-DNA có nguồn gốc từ vi khuẩn nhƣng nó có mang các trình tự điều tiết ở Eukaryote nên có thể biểu hiện đƣợc trong tế bào thực vật. Vùng T-DNA này nằm trong một plasmid lớn của A. rhizogenes và plasmid này đƣợc đặt tên là Ri-
plasmid (root inducing plasmid) do A.rhizogenes có khả năng cảm ứng tạo rễ bất
định.
Ri-plasmid đƣợc chia thành 2 nhóm chính là agropine and mannopine, vi khuẩn
A. rhizogenes chứa Ri-plasmid thuộc loại agropine đƣợc sử dụng chủ yếu cho quá
trình chuyển gen vào tế bào thực vật để cảm ứng tạo rễ tơ. Ri-plasmid đƣợc chia thành nhiều vùng nhƣ vùng gây độc (gọi tắt là vùng vir), vùng chuyển gene (T-DNA), vùng ori, vùng phiên mã... Chỉ có đoạn T-DNA của plasmid mới đƣợc chuyển vào bộ gen của thực vật và việc chuyển gen này thông qua sự hỗ trợ bởi các đoạn gen trong vùng vir của Ri-plasmid. Vùng vir chiếm khoảng 35 kb trong Ri-plasmid và mã hóa sáu locus phiên mã (vir A, B, C, D, E, G), có chức năng quan trọng trong quá trình chuyển gen . Sự phiên mã của vùng vir đƣợc cảm ứng với nhiều hợp chất thuộc nhóm phenol, điển hình là acetosyringone - hợp chất liên quan đƣợc xác định là có vai trò làm tăng tần số của quá trình chuyển gen thông qua Agrobacterium ở nhiều loài thực vật. Nhiều loại đƣờng cũng đóng vai trò nhƣ chất bổ trợ hoạt động cho acetosyringone để cảm ứng sự biểu hiện của gene vir ở mức độ cao.
Nhìn chung cơ chế quá trình xâm nhiễm và cơ chế phân tử của quá trình vận
chứng minh là tƣơng tự nhau. Tuy nhiên, sự hình thành khối u ở vi khuẩn
A.tumefaciens do gen mã hóa sinh tổng hợp auxin quy định. Trong khi đó, các gen mã
hóa sinh tổng hợp auxin ở vi khuẩn A. rhizogenes có vai trò rất nhỏ trong quá trình
hình thành rễ tơ ở thực vật .
T-DNA ở Ri-plasmid của nhóm agropine bao gồm 2 vùng chính là vùng biên trái TL-DNA và biên phải TR-DNA. Hai vùng này đều có kích thƣớc khoảng 15 - 20 kb và đƣợc xen kẽ bởi 1 đoạn DNA, đoạn DNA này sẽ không đƣợc chuyển vào hệ gen của tế bào vật chủ. Vùng TR-DNA mang các gen mã hóa sinh tổng hợp auxin (tms1 and tms2), vùng TL-DNA bao gồm 18 khung đọc (ORFs), trong đó có 4 loci 10, 11, 12 và 15 mã hóa cho rolA, B, C và D (root locus). Các Ri-plasmid của các chủng
A.rhizogenes thuộc nhóm mannopine, cucumopine and mikimopine chứa vùng T-DNA
đơn, có cấu trúc giống nhƣ vùng TL-DNA của các chủng thuộc nhóm agropine nhƣng khuyết gen rolD . Các gen rolA, rolB và rolC đóng vai trò quan trọng trong quá trình cảm ứng tạo rễ tơ ở mô tế bào thực vật. Sự biểu hiện đồng thời của ba gen này gây nên kiểu hình rễ tơ ở mô tế bào thực vật bị xâm nhiễm. Các rễ tơ này có khả năng sinh trƣởng và phát triển nhanh hơn rất nhiều so với rễ bình thƣờng . Trong 3 gen rol trên, gen rolB đóng vai trò quan trọng hơn cả, khi gen rolB đƣợc biểu hiện, mô tế bào thực vật đã cảm ứng tạo kiểu hình rễ tơ, trong khi đó khi bất hoạt gen rolB không tạo đƣợc kiểu hình rễ tơ .